DE2705831A1 - OPTICAL LOCATION DEVICE - Google Patents
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Description
H NZ-JOACHIM i UöERH NZ-JOACHIM i UÖER
REIN»:R PRIi: TSCH REIN »: R PRIi: TSCH
MÖNCHEN 21MONKS 21
GOTTIIAROSTR. 81 GOTTIIAROSTR. 81
" Optische Ortungsvorrichtung ""Optical Locating Device"
Die Erfindung betrifft eine optische übungsvorrichtung, insbesondere zum Nachweisen von Lichtquellen mit bekanntem Leuchtspektrum, mit einem optischen Empfänger, der ein abstimmbares optisches Filter hoher Selektivität enthSlt, dessen Durchlaßfrequenz von einer Steuereinheit innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes zeitabhängig durchstimmbar ist, um nacheinander die verschiedenen empfangenen Wellenlängen auszufiltern, mit einer optoelektronischen Nachweiseinrichtung für die gefilterte Strahlung und einer Verarbeitungsschaltung für die detektierten Signale zur Abtrennung eines Nutzsignales.The invention relates to an optical training device, in particular for detecting light sources with a known luminous spectrum, with an optical receiver which contains a tunable optical filter of high selectivity, the transmission frequency of which is time-dependently tunable by a control unit within a predetermined frequency band in order to filter out the different received wavelengths one after the other, with an optoelectronic detection device for the filtered radiation and a processing circuit for the detected signals to separate a useful signal.
Die Nachweiseinrichtung besteht aus einem optischen Empfänger,der an einen photoelektrischen Detektor gekoppelt ist, um die von einem Beobachtungsfeld kommende Strahlung nachzuweisen. Das Beobachtungsfeld besitzt einen bestimmten öffnungswinkel und die optischeThe detection device consists of an optical receiver, the is coupled to a photoelectric detector in order to detect the radiation coming from an observation field. The observation field has a certain opening angle and the optical one
Achse des Nachweisgerätes liegt In der Mitte des Beobachtungsfeldes. Die empfangene Strahlung besteht aus der Nutzstrahlung, die von der Quelle kommt, wenn diese sich im Beobachtungsfeld aufhält und aus einer Störstrahlung, die von äußeren Störquellen kommt und entweder direkt oder durch Reflexion In die Nachweisvorrichtung gelangt. Gemessen an ihrer wahren Größe nimmt die nachzuweisende Quelle im allgemeinen Im Beobachtungsfeld eine sehr klein scheinende Fläche ein. Darüber hinaus 1st die Strahlung, die vonThe axis of the detection device lies in the middle of the observation field. The received radiation consists of the useful radiation, the comes from the source when it is in the observation field and from interference radiation that comes from external sources of interference and enters the detection device either directly or by reflection. Measured against its true size, the source to be detected is generally very small in the field of observation shining surface. In addition, the radiation emitted by
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ORlGiNAL INSPECTED ORlGiNAL INSPECTED
der Quelle In die Nachwelselnrlchturif, gelangt, gering gegenüber der Störstrahlung aus dem gesamten Beobachtunrsraum. Die Störstrahlung besteht Im allgemeinen aus dem Sonnenlicht, das sehr intensiv sein kann.the source In die Nachwelselnrlchturif, reached, little opposite the interference radiation from the entire observation area. The interference radiation In general, consists of the sunlight that very much can be intense.
So kommt für eine vorgegebene Beobachtungsrichtung die Strahlung des Störlichtes aus dem gesamten Raumwinkel, der für die optische Beobachtung interessant 1st. Die Störstrahlung erzeugt nach ihrem Nachweis ein Störsignal, d.h. ein erhebliches Rauschen, während das Mutzsignal von einer sehr schwachen Strahlungsquelle kommt und darüber hinaus nur einen sehr kleinen Raumwinkel umfaßt.This is how the radiation comes in for a given direction of observation of the stray light from the entire solid angle, which is interesting for optical observation. The interfering radiation generates after her Detection of an interfering signal, i.e. a significant amount of noise, while the noise signal comes from a very weak radiation source and moreover only includes a very small solid angle.
Der Nachweis eines über dem Rauschen liegenden Signales ist zwar möglich, Jedoch nur bei sehr leuchtstarken Quellen, die insbesondere dann sehr leuchtstark sein müssen, wenn sie weit entfernt sind.The proof of a signal lying above the noise is possible, but only with very bright sources, which must be very bright, especially if they are far away are.
Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind bestimmte Techniken bekannt geworden, die es gestatten, das Signal/Rausch-Verhältnis zu vergrößern. An die soll im folgenden kurz erinnert werden.In order to overcome these difficulties, certain techniques have become known which allow the signal-to-noise ratio to enlarge. We shall briefly remind you of these in the following.
Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, eine optische Filterung vorzusehen und nur eine sehr eng begrenzte Bandbreite, die mit der nachzuweisenden Quelle übereinstimmt, auszufiltern. Derartige Geräte sind vor allem zum Nachweis monochromatischer oder aus mehreren monochromatischen Linien bestehender Strahlung geeignet. Auf diese Weise wird ein großer Teil der Störstrahlung durch optische Filterung eliminiert und gelangt nicht inuden Detektor.One possible solution is to provide optical filtering and only a very narrowly limited bandwidth that can be used with matches the source to be detected. Such devices are mainly used to detect monochromatic or off suitable for several monochromatic lines of existing radiation. In this way, a large part of the interfering radiation is caused by optical Filtering is eliminated and does not enter the detector.
Eine weitere Lösungsmöglichkeit, die zusammen auch mit der vorerwähnten durchgeführt werden kann, besteht darin, ein räumliches Abtasten mit Hilfe von durchsichtigen, auf einem undurchsichtigen Untergrund angeordneten Spalten durchzuführen, die sich quer zur optischen Achse des Nachweisgerätes bewegen und eine zeitliche Modulation des Signales erzeugen.Another possible solution that also works together with the aforementioned can be carried out is a spatial scanning with the help of transparent, on an opaque Carry out underground arranged columns that move transversely to the optical axis of the detection device and a temporal Generate modulation of the signal.
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Der Erfindung lie^t die Aufgabe zugrunde, eine Ortungsvorrichtung für Strahlungsquellen zu entwickeln, die sich durch ein besonders großes Sicnal/Rausch-VerhSltnis auszeichnet.The invention is based on the object of a locating device for radiation sources to be developed that are characterized by a special high sicnal / noise ratio.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben.The solution to this problem is described in claim 1.
Die übungsvorrichtung für eine Lichtquelle von bekannten Spektraleigenschaften besteht nach der Erfindung aus folgenden Elementen: einem optischen EmpfSnger mit einer Fokussierungsoptik für das aus dem EeoLachtungsfeld kommende Licht, einer optoelektronischen Nachweiseinricl tung, einem optischen Filter, dessen Durchlaßband für das betreffende Spektrum geeignet ist, wobei dieses Filter durchstimmbar und von großer Selektivität ist und von einer Steuereinheit durchgestimmt wird, um periodisch den in Frage kommenden Spektralbereich zu untersuchen, wobei bei jeder Untersuchung die verschiedenen Wellenlängen ausgefiltert werden. Die optoelektronische Nachweiseinrichtung besteht aus einem elektronischen Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz, die geeignet ist, die Gleichkomponente zu entfernen, die aus der Störstrahlung der Umgebung herrührt.The exercise device for a light source of known spectral properties consists according to the invention of the following elements: an optical receiver with focusing optics for the light coming from the EeoLachtungsfeld, an optoelectronic Detection device, an optical filter whose passband is suitable for the spectrum in question, this Filter is tunable and of great selectivity and is tuned by a control unit periodically to the in question to investigate the coming spectral range, whereby the different wavelengths are filtered out with each investigation. the The optoelectronic detection device consists of an electronic high-pass filter with a cut-off frequency that is suitable to remove the DC component that results from the interference radiation from the environment.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der schematisch vereinfachten Figurenzeichnungen erläutert: es zeigtFurther details and advantages of the invention are shown in the following exemplary embodiments with the aid of the schematically simplified Figure drawings explained: it shows
Fig.l verschiedene Spektraldiagramme und deren erfindungsgemäße Analyse;Fig.l various spectral diagrams and their analysis according to the invention;
Fig.2 ein Blockschaltbild einer vereinfachten Ortungsvorrichtung;2 shows a block diagram of a simplified locating device;
Fig.3 ein Blockschaltbild einer anderen Ortungsvorrichtung; 3 shows a block diagram of another locating device;
Fig.4 bis 6 Blockschaltbilder von Einzelelementen der in Fig.3 dargestellten Ortungsvorrichtung;Fig. 4 to 6 block diagrams of individual elements of the Positioning device shown in Figure 3;
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Flg.7 ein zusammengesetztes vereinfachtesFlg.7 a compound simplified
Blockschaltbild einer übungsvorrichtung nach Fig.3·Block diagram of an exercise device according to Fig. 3
In Fig. la ist die spektrale Zusammensetzung des von der Ortungsvorrichtung empfangenen Lichtes innerhalb einer durch die WellenlSngen^l und Λ 3 begrenzten Bandbreite dargestellt. Die Stärke der Störstrahlung, die im allgemeinen auf das Sonnenlicht zurückzuführen ist, ändert sich nur sehr wenig mit der Wellenlänge, da ihr Spektrum der Strahlung eines schwarzen Körpers entspricht. Die spektrale Intensität ändert sich nur wenig in Abhängigkeit von der Wellenlänge und entspricht im wesentlichen einem Mittelwert LF, der im betrachteten Frequenzband im wesentlichen konstant ist. Die Strahlung der Lichtquelle LS weist dagegen eine spektrale Struktur auf. In dem gewählten Beispiel wird eine monochromatische Emission mit der Wellenlänge/,? angenommen.In Fig. La the spectral composition of the light received by the locating device is within a range of the wavelengths ^ l and Λ 3 limited bandwidth shown. The strength of the interfering radiation, which can generally be attributed to sunlight is, changes very little with wavelength, as its spectrum corresponds to that of blackbody radiation. The spectral intensity changes only slightly as a function of the wavelength and essentially corresponds to an average value LF, which is essentially constant in the frequency band under consideration. The radiation of the light source LS, however, has a spectral structure. In the example chosen, a monochromatic emission with the wavelength /,? accepted.
Das Prinzip der Analyse besteht darin, den vorgegebenen Spektralbereich von/, 1 bisÄ3 zu untersuchen. Dieser Spektralbereich ist ausreichend breit, um die gesuchten Emissionsspektren zu enthalten. Die Untersuchung besteht darin, daß ein spektrales Fenster mit dem Zentrum teiAo und einer Halbwert sbreite4A über den zu untersuchenden Spektralbereich geschoben wird. Auf diese Weise werden die verschiedenen Anteile der Strahlung, deren Wellenlängen zwischen den WertenA1 und A3 liegen, nacheinander durch Filterung untersucht. Im Falle einer monochromatischen Emission setzt sich das registrierte Signal SD (Fig.Ib) aus einem konstanten Untergrund SC, der auf die während des Abtastvorganges zwischen den Zeiten ti bis t3 produzierte Störstrahlung zurückzuführen ist und aus einem Nutzanteil SU zusammen, der zum Zeitpunkt t2 erzeugt wurde. Zum Zeitpunkt t2 befand sich das Fenster der spektralen Registrierung bei der WellenlängeA2·The principle of the analysis consists in examining the given spectral range from /, 1 to Ä3. This spectral range is sufficiently wide to contain the emission spectra we are looking for. The investigation consists in sliding a spectral window with the center teiAo and a half-value swidth4A over the spectral range to be investigated. In this way, the various components of the radiation, the wavelengths of which are between the values A1 and A3, are examined one after the other by filtering. In the case of a monochromatic emission, the registered signal SD (Fig.Ib) consists of a constant background SC, which is due to the interference radiation produced during the scanning process between times ti to t3, and a useful component SU, which is generated at time t2 became. At time t2 the window of the spectral registration was at wavelength A 2
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das spektrale Abtasten zwischen den Wellenlöngen/,1 una/\2 zeltlich linear, was durch die Sägezahn kurven der Plg.l c veranschaulicht wird.According to an advantageous embodiment, the spectral scanning takes place between the wavelengths /, 1 and / \ 2 in a somewhat linear manner, which is illustrated by the sawtooth curves of Plg.lc.
Darüber hinaus wird der spektrale Abtastvorgang periodisch wiederholt, vorzugsweise mit einer Periode T, die der Dauer eines Durchlaufes (Fig.l c) entspricht. Polglich wiederholt sich das Nutzsignal SU mit der gleichen Häufigkeit (Fig.l b), wodurch schließlich die elektronische Filterung und nahezu vollständige Entfernung der auf die Störstrahlung zurückzuführenden Gleichkomponente SC ermöglicht wird. In addition, the spectral scanning process is repeated periodically, preferably with a period T which corresponds to the duration of one pass (Fig.lc). The useful signal SU is repeated with the same frequency (Fig.lb), which finally enables the electronic filtering and almost complete removal of the DC component SC due to the interference radiation .
In Fig.l d 1st das Spektrum einer Emissionsquelle mit mehreren diskreten Spektrallinien dargestellt, wie es beispielsweise von einem oder mehreren Lasern erzeugt wird. Jedesmal, wenn die Durchlaßwellenlänge des spektralen Fensters mit der Wellenlänge einer der Emissionslinien übereinstimmt, wird ein Signal erzeugt, dessen Stärke der Intensität dieser Spektrallinie entspricht. Eine Inkohärente Strahlungsquelle wie etwa eine Elektrolumineszenzdiode kann ein kontinuierliches Spektrum (Fig.Ie) erzeugen. Das untersuchte Frequenzband von der Wellenlänge Λ 1 bis zur WellenlängeA ist einerseits hinreichend stark eingeengt und andererseits wird von diesem Frequenzband das Emissionsspektrum erfaßt.In Fig.ld the spectrum of an emission source is shown with several discrete spectral lines, as it is generated, for example, by one or more lasers. Whenever the transmission wavelength of the spectral window coincides with the wavelength of one of the emission lines , a signal is generated whose strength corresponds to the intensity of this spectral line. An incoherent radiation source such as an electroluminescent diode can produce a continuous spectrum (FIG. 1e). The examined frequency band from the wavelength Λ 1 to the wavelength A is on the one hand sufficiently narrowed and on the other hand the emission spectrum is covered by this frequency band.
Flg.2 zeigt ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Ortungsvor richtung für den Fall einer monochromatischen Emissionsquelle. Die Emissionsquelle 1st durch den Block 1 veranschaulicht und kann aus einem Laser oder einem Halbleiterlaser bestehen. Die Quelle, die durch den Block 2 dargestellt ist, befindet sich In einiger Distanz dazu in dem Beobachtungsbereich. Die nachzuweisende Quelle stellt ein Ziel dar, und zwar im allgemeinen einen Flugkörper. Das Ziel kann aktiv sein, d.h. es kann von sich aus Strahlung bestimmter Wellenlängen emittieren oder es kann passiv sein, In welchem Fall es von einer entfernten Strahlungsquelle, die sich etwa auf dem Erdboden befinden kann, angestrahlt wird und einen Teil der Strahlungeenergie in die Ortungsvorrichtung reflektiert. In beiden Flg.2 shows a block diagram of a Ortungsvor device according to the invention for the case of a monochromatic emission source. The emission source is illustrated by block 1 and can consist of a laser or a semiconductor laser. The source, which is represented by block 2 , is located some distance from it in the observation area. The source to be detected is a target , generally a missile. The target can be active , ie it can emit radiation of certain wavelengths by itself or it can be passive, in which case it is irradiated by a distant radiation source, which can be located on the ground, and part of the radiation energy into the location device reflected. In both
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Fällen wird angenommen, daß die Quelle eine Isotrope Strahlung erzeugt, Jedoch Insbesondere auch in Richtung der Ortungsvorrichtung strahlt.Cases it is assumed that the source is an isotropic radiation generated, but in particular also radiates in the direction of the locating device.
Der optische Empfänger ist durch ein Eingangsobjektiv 3 mit der optischen Achse Z dargestellt. Diesem ist ein photoelektrischer Detektor 4 nachgeschaltet, dessen empfindliche Flache in der Bildebene liegt und auf die optische Achse Z zentriert ist. Der optische Detektor besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Detektorelementen, um eine räumliche Lokalisierung des Zielobjektes zu ermöglichen. Er kann beispielsweise aus einem Mosaik von Detektorelementen bestehen und so die Messung des Höhen- und Seltenwinkels zu dem Flugobjekt ermöglichen. Der Einfachheit halber wird er im Moment nur aus einem Element bestehend betrachtet, dem wiederum nur ein Nachweis- und Empfangskanal nachgeschaltet 1st. Für die Ortung von sehr entfernten Zielen ist der Detektor im wesentlichen im Brennpunkt des Objektives 3 angeordnet. Ein optisches Filter 5 ist In den Strahlengang geschaltet und befindet sich vorzugsweise möglichst nahe vor dem Detektor 1J, wodurch es entsprechend klein gestaltet sein kann.The optical receiver is represented by an input lens 3 with the optical axis Z. This is followed by a photoelectric detector 4, the sensitive surface of which lies in the image plane and is centered on the optical axis Z. The optical detector preferably consists of a plurality of detector elements in order to enable spatial localization of the target object. It can consist, for example, of a mosaic of detector elements and thus enable the measurement of the altitude and rare angle to the flight object. For the sake of simplicity, it is currently considered to consist of only one element, which in turn is followed by only one detection and reception channel. For the location of very distant targets, the detector is arranged essentially in the focal point of the objective 3. An optical filter 5 is connected in the beam path and is preferably located as close as possible in front of the detector 1 J, so that it can be made correspondingly small.
Das optische Filter ist durchstimmbar und besitzt ein hohes Auflösungsvermögen. Die Frequenz des Filters und folglich seine sehr schmale Durchlaßbandbreite werden in dem betrachteten Spektralbereich zwischen den Wellenlängen λ 1 und A 3 durch eine Steuerungsvorrichtung, die ein elektrisches Signal liefert, verschoben. Das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle wird auf diese Weise untersucht .The optical filter is tunable and has a high resolution. The frequency of the filter and, consequently, its very Narrow pass bandwidths are shifted in the spectral range under consideration between the wavelengths λ 1 and A 3 by a control device which supplies an electrical signal. That The emission spectrum of the radiation source is examined in this way.
Ein derartiges Filter kann aus einem Kristall von Lithiumnlobat bestehen, durch den akustische Wellen mit Hilfe eines piezoelektrischen Wandlers gesendet werden. Der piezoelektrische Wandler wird durch ein elektrisches Signal gesteuert. Die Wirkungsweise eines derartigen Filters ist in der Literatur beschrieben, insbesondere in dem Artikel "Acousto-Optic Tunable Filter" von S.E.Harris und R.W.Wallace, erschienen im "Journal of the Optical Society ofSuch a filter can consist of a crystal of lithium nlobate through which acoustic waves are transmitted with the aid of a piezoelectric transducer. The piezoelectric transducer will controlled by an electrical signal. The mode of operation of such a filter is described in the literature, in particular in the article "Acousto-Optic Tunable Filter" by S. E. Harris and R. W. Wallace, published in the "Journal of the Optical Society of
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America" Vol.59, No 6, Juni 1969, S. America "Vol. 59, No 6, June 1969, pp.
Die Filtereinheit besteht aus einem Kristall 5 und einer Steuereinheit 6, die auf ein vorgegebenes Süßeres Signal Sl die gewünschte Durchlaifrequenz des Kristallfilters 5 einstellt, wobei die Durchlaßfrequenz des Kristallfilters im allgemeinen eine Punktion der Amplitude des Steuersignales Sl ist. Um ein zeitlich lineares, periodisches Verschieben der Durchlaßfrequenz zu erzeugen, erholt die Steuereinheit 6 ein Signal Sl der in Fig. Ic dargestellten Form. Dieses Signal wird von einem Sögezahnspannungsgenerator 7, der seinerseits durch ein von der Synchronisationseinheit 8 kommendes periodisches Zeitsignal mit der Periode T (Fig. If) ausgelöst wird, erzeugt.The filter unit consists of a crystal 5 and a control unit 6, which on a predetermined sweeter signal Sl the desired Sets the transmission frequency of the crystal filter 5, the transmission frequency of the crystal filter generally being a puncture the amplitude of the control signal Sl is. In order to generate a time-linear, periodic shift of the pass frequency, the control unit 6 recovers a signal S1 of the shown in Fig. Ic Shape. This signal is generated by a Sögezahn voltage generator 7, which in turn is generated by a synchronization unit 8 incoming periodic time signal with period T (Fig. If) is triggered, generated.
Das registrierte Signal SD (Fig.Ib) wird vorverstörkt (Vorverstärker 9) und in einem elektronischen Filter 10 behandelt, um die von der Störstrahlung oder vom Empfängerrauschen herrührende konstante Komponente SC zu entfernen. Das Filter 10 ist ein Hochpaßfilter, das aus einem RC-Glied bestehen kann (schematisch dargestellt durch den Kondensator Cl und den Widerstand Rl). Dem Filter 10 ist ein Verstärker 11 und eventuell ein Amplitudenbegrenzer sowie ein Impulsformer nachgeschaltet, um das Ausgangssignal des Filters 10 in ein für die weitere Verarbeitung geeignetes Signal S2 zu verwandeln. Die Impulse S2 werden in dem als Block 12 dargestellten Gerät weiter verarbeitet. In dem in Fig.2 betrachteten Beispiel handelt es sich um einen Kathodenstrahloszillograph, dessen Zeilenkippfrequenz durch die Synchronisationseinheit H und dessen Vertikalablenkung durch das nachzuweisende Signal gesteuert werden. Ein derartiges System ermöglicht den Nachweis einer erwarteten Leuchtquelle in einem Beobachtungsfeld.The registered signal SD (Fig.Ib) is pre-amplified (pre-amplifier 9) and treated in an electronic filter 10 to reduce the constant caused by the interference radiation or the receiver noise Remove component SC. The filter 10 is a high-pass filter which can consist of an RC element (shown schematically through the capacitor Cl and the resistor Rl). The filter 10 is an amplifier 11 and possibly an amplitude limiter as well A pulse shaper is connected downstream in order to convert the output signal of the filter 10 into a signal S2 suitable for further processing. The pulses S2 are processed further in the device shown as block 12. In the example considered in Fig. 2 it is a cathode ray oscilloscope whose line flip frequency can be controlled by the synchronization unit H and its vertical deflection by the signal to be detected. Such a system enables the detection of an expected light source in an observation field.
In dem allgemeineren Fall, in dem das bekannte Spektrum der Emissionsquelle mehrere Spektrallinien (Fig.Id) oder ein kontinuierliches Spektrum (Fig.Ic) aufweist, unterscheidet sich die Nachweiseinrichtung von der in Fig.2 dargestellten durch zusätzliche inIn the more general case where the known spectrum of the emission source has several spectral lines (Fig.Id) or a continuous spectrum (Fig.Ic), the detection device differs from that shown in Fig.2 by additional in
»09842/0645 "8"»09842/0645" 8 "
die Nachweiskette zwischen das Filter 10 und den Verstärker 11 eingeschaltete Schaltkreise. Diese zusätzlichen Schaltkreise bestehen wie in Fig. 3 dargestellt aus den Korrelationsschaltungen 20 und 21 oder aus entsprechenden Filtern. Auf den Eingang des Korrelationsschaltkreises 21 werden das verstärkte Signal SU und ein Referenzsignal S3, das der erwarteten Form des Signales SU entspricht, gegeben, um das Signal durch Autokorrelation zu Identifizieren. Das Referenzsignal S3 wird von einem Generator 20 erzeugt, der von einem Synchronisationsimpuls H ausgelöst wird. Das Referenzsignal wird somit periodisch erzeugt, und zwar mit derselben Periode, mit der das Filter 5 durchgestimmt wird. Der Schaltkreis 20 weist einen programmierbaren Speicher auf, der auf äußere Ansteuerung das Referenzsignal S3, das dem erwarteten Spektrum entspricht, erzeugt.the detection chain between the filter 10 and the amplifier 11 switched on circuits. As shown in FIG. 3, these additional circuits consist of the correlation circuits 20 and 21 or from corresponding filters. The amplified signal SU and a reference signal S3 corresponding to the expected shape of the signal SU is given in order to identify the signal by autocorrelation. The reference signal S3 is generated by a generator 20 which is triggered by a synchronization pulse H. That The reference signal is thus generated periodically, specifically with the same period with which the filter 5 is tuned. The circuit 20 has a programmable memory on external Triggering the reference signal S3, which corresponds to the expected spectrum, is generated.
Für den Fall, daß das Emissionsspektrum aus mehreren Einzellinien zusammengesetzt 1st, kann der Schaltkreis 20 aus Verzögerungsleitungen 23, 2k, 25 bestehen (Fig.**). Durch diese Verzögerungsleitungen werden seitlich verschobene Impulse unterschiedlicher Amplitude erzeugt, die der Form des zu erwartenden Spektrums entsprechen (Fig.Id). Die unterschiedlichen Amplituden können durch entsprechende vorgegebene Verstärkungsfaktoren der Jeweiligen Verstärker erzielt werden. Eine entsprechende Struktur kann durch eine Verzögerungsleitung mit mehreren Ausgängen hergestellt werden, die entsprechende Verzögerungswerte liefert.In the event that the emission spectrum is composed of several individual lines, the circuit 20 can consist of delay lines 23, 2k, 25 (FIG. **). These delay lines generate laterally shifted pulses of different amplitudes, which correspond to the shape of the spectrum to be expected (Fig.Id). The different amplitudes can be achieved by means of corresponding predetermined amplification factors of the respective amplifiers. A corresponding structure can be produced by a delay line with several outputs, which supplies corresponding delay values.
Für den Fall eines kontinuierlichen Emissionsspektrums (Flg.Ie) kann die Schaltung 20 aus einem programmierbaren Speicher 26 und einem nachfolgenden Integrationsglied oder Tiefpaßfilter 27 bestehen. Durch einen Synchronisationsimpuls H ausgelöst, erzeugt der Speicher 26 einen Impulszug, dessen Umhüllende der Form des zu erwartenden Spektrums entspricht.In the case of a continuous emission spectrum (Flg.Ie) The circuit 20 can consist of a programmable memory 26 and a subsequent integration element or low-pass filter 27. Triggered by a synchronization pulse H, the generates Memory 26 a pulse train, the envelope of which corresponds to the shape of the spectrum to be expected.
Fig.6 bezieht sich auf ein Ausführungsbeisplel einer Korrelationeschaltunp 21 nach Fig.3. Diese Korrelationsschaltung besteht aus einem Multiplikator 30, der die korrellerenden Signale aufnimmt g FIG. 6 relates to an exemplary embodiment of a correlation circuit 21 according to FIG. This correlation circuit consists of a multiplier 30 which receives the correlating signals g
709842/0646709842/0646
und der ausgangsseitig an zwei Integrationsschaltungen angeschlossen ist. Diese enthalten eine Filterschaltung 31 mit einer dem Vldeospektrum der empfangenen Signale angepaßten Durchlaßbandbreite und eine Integrationsschaltung 32. Das angepaßte Filter 31 besteht aus einem Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz zwischen 1/2T und l/T, um die unerwünschten Komponenten des Videospektrums von der Form ■ zu ellminieren. Das Signal am Ausgang des Filters 31 ist im wesentlichen gleichmäßig und wird im Schaltkreis 32 integriert. Dieser enthalt ein RC-Glied mit der Zeitkonstanten R2C2, die als Funktion der Perlodendauer T des Signales und der benötigten Ansprechzeit des Empfangers bestimmt wird. Die Zeitkonstante wird so bestimmt, dlß das Signal an den Klemmen des Integrationskondensators C2 Im wesentlichen dem Mittelwert des in die Integrationsschaltung eintretenden Signales entspricht. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 31 kann ebenfalls direkt malt einer entsprechenden Vorrichtung 31· sichtbar gemacht werden. Für weitere durch einen Block 35 dargestellte Verwertungsmöglichkeiten wird das Signal vom Ausgang des Integrationskreises 42 in einer Schaltung 33 mit einem vorgegebenen Schwellwert VS verglichen. Die Höhe der Schwelle VS wird im allgemeinen so festgelegt, daß eine bestimmte Rate von Fehlalarmen nicht überschritten wird.and which is connected on the output side to two integration circuits. These contain a filter circuit 31 with a pass bandwidth matched to the video spectrum of the received signals and an integration circuit 32. The matched filter 31 consists of a low-pass filter with a cut-off frequency between 1 / 2T and 1 / T in order to remove the undesired components of the video spectrum from the form ellminate. The signal at the output of the filter 31 is essentially uniform and is integrated in the circuit 32. This contains an RC element with the time constant R2C2, which is determined as a function of the period T of the signal and the required response time of the receiver. The time constant is determined so that the signal at the terminals of the integration capacitor C2 essentially corresponds to the mean value of the signal entering the integration circuit. The output signal of the circuit 31 can also be directly painted a corresponding device 3 · 1 are visualized. For further utilization options represented by a block 35, the signal from the output of the integration circuit 42 is compared in a circuit 33 with a predetermined threshold value VS. The level of the threshold VS is generally determined so that a certain rate of false alarms is not exceeded.
Ortungsgeräte zum Nachwels von Strahlungsquellen sind im allgemeinen In der Lage, einen Höhen- und einen Seltenwinkel zu einem erkannten Ziel anzugeben und unter Umstanden ausgehend von diesen Daten die optische Achse des Gerätes automatisch auf das Ziel auszurichten. Der Lichtdetektor besteht zu diesem Zweck aus mehreren Elementen. Zum Beispiel kann ein Detektor mit vier Quadranten und vier Empfangskanälen verwendet werden, In denen der Höhen- und Seltenablagewinkel SX und SY in Bezug auf eine vorgegebene!(horizontale X-Achse und eine vertikale Y-Achse berechnet werden. Eine andere Technik besteht darin, das einfallende optische Lichtsignal durch periodisches Unterbrechen zu modulleren, indem eine mit Schlitzen versehene undurchsichtige Scheibe durchh das Lichtbündel geführt wird.Locating devices for tracking radiation sources are generally able to specify an altitude and a rare angle to a recognized target and, under certain circumstances, based on these Data to automatically align the optical axis of the device with the target. The light detector consists of several for this purpose Elements. For example, a detector with four quadrants and four receiving channels can be used, in which the height and Infrequent deviation angles SX and SY with respect to a given! (Horizontal X-axis and a vertical Y-axis are calculated. Another technique is to use the incident optical light signal modulleren by periodic interruption by adding a Slotted opaque disk penetrates the light beam to be led.
109842/0645 ~10~109842/0645 ~ 10 ~
Ein AusfUhrungsbeisplel dieser Art wird anhand von PIp.7 beschrieben. Der Lichtdetektor besteht aus mehreren streifenförmlgen Detektorelementen 4a bis 4n, die parallel zur X-Richtung liegen und nebeneinander in Y-Richtung aufgereiht sind. Die Modulation wird durch eine Spur auf der Scheibe 1Il erzeugt, die gleichförmig um eine Achse parallel zur Z-Achse rotiert. Es wird eine Spur betrachtet, die aus durchsichtigen Schlitzen 40 auf undurchsichtigem Untergrund besteht. Durch die Rotation wird eine bestimmte digitale Kodierung wie z.B. eine Pseudozufallskodierunpr erzeugt. Eine von der Synchronisationseinheit 8 gesteuerte Antriebsvorrichtung 42 gewahrleistet die gleichmaßige Rotation der Scheibe 41. Es ist notwendig, daß ein spektraler Abtastvorgang während der Zeit stattfindet, die minimal zwischen dem Ende einer Unterbrechung des Lichtbündels und der nachfolgenden Unterbrechung zur Verfügung steht. Mit anderen Worten, wenn Lm die Breite des kleinsten Schlitzes und Tm die Zeltdauer ist, die dieser Schlitz benötigt, um die optische Achse Z zu durchqueren, dann muß die Periodendauer T des spektralen Abtastvorganges kleiner oder gleich Tm sein.An execution example of this kind is described with reference to PIp.7. The light detector consists of several strip-shaped detector elements 4a to 4n which lie parallel to the X direction and are lined up next to one another in the Y direction. The modulation is generated Il 1 by a track on the disc, the uniformly rotating about an axis parallel to the Z axis. A track is considered which consists of transparent slits 40 on an opaque background. The rotation generates a specific digital coding such as a pseudo-random coding. A drive device 42 controlled by the synchronization unit 8 ensures the uniform rotation of the disk 41. It is necessary that a spectral scanning process takes place during the minimum time available between the end of an interruption of the light beam and the subsequent interruption. In other words, if Lm is the width of the smallest slit and Tm is the time it takes for this slit to traverse the optical axis Z, then the period T of the spectral scanning process must be less than or equal to Tm.
Die dem Lichtdetektor nachgeschaltete Nachweiseinrichtung besitzt η gleichartige Kanäle, von denen der Einfachheit halber nur ein einziger dargestellt ist. Der Kanal, der dem ersten Detektorelement nachgeschaltet 1st, besteht aus einem Vorverstärker 9a, einem Filter 10a, einem Verstärker 11a und einer Korrelationsschaltung 21a. Ein gemeinsamer Generator zur Erzeugung des Referenzsignales S3 versorgt die Multiplikationsschaltungen der η-Kanäle 21a bis 21n. Jede Korrelationsschaltung enthält eine Schwellwertvergleichsschaltung (33, Fig.6). Auf diese Weise lttfert dasjenige Detektorelement, auf das das Bild des Zieles fällt, das Mutftaignal für die nachfolgende Auswertung 43. Zusätzlich zu dieser räumlichen Bestimmung der Y-Koordlnate des Zieles wird von dem Schaltkreis 43 die X-Ablage des Zieles bestimmt. Dies geschieht dadurch, daß die zeltliche Verschiebung des Nutzsignals gegenüber einem vorgegebe-Has the detection device downstream of the light detector η similar channels, of which only one for the sake of simplicity the only one shown. The channel, which is connected downstream of the first detector element, consists of a preamplifier 9a, a Filter 10a, an amplifier 11a and a correlation circuit 21a. A common generator for generating the reference signal S3 supplies the multiplication circuits of the η channels 21a to 21n. Each correlation circuit contains a threshold value comparison circuit (33, FIG. 6). In this way, the detector element on which the image of the target falls provides the mutfta signal for the subsequent evaluation 43. In addition to this spatial determination of the Y-coordinates of the target, the circuit 43 determines the X-position of the target. This happens because the temporary shift of the useful signal compared to a given
709842/0646 "u"709842/0646 " u "
nen zeitlichen Referenzsignal gemessen wird. Zu diesem Zweck können die Schaltkreise 43a bis 43n Filter- oder Korrelationsschaltungen aufweisen, die an die durch die Schlitze 40 verursachte Modulation angepaßt sind, um schließlich die Höhen- und Seitenablage zur weiteren Auswertung zu bestimmen. So wird z.B. durch die Nachstellschaltkreise 44 und 45 die Z-Achse der Ortungsvorrichtung automatisch auf das Ziel ausgerichtet. Die Höhenelnstel«· lung des Rahmens 46 wird durch Rotation um eine Achse X und die Seiteneinstellung durch Rotation um eine Achse Y erzielt. Die Ausgangssignale der Nachstellschaltkreise 44 und 45 bestimmen diese Rotationen in Abhängigkeit der Ablagewerte SX und SY des Zieles.a temporal reference signal is measured. To this end you can the circuits 43a to 43n have filter or correlation circuits connected to the caused by the slots 40 Modulation are adapted to finally determine the vertical and lateral offset for further evaluation. E.g. the adjustment circuits 44 and 45 automatically align the Z-axis of the locator with the target. The Höhenelnstel «· Development of the frame 46 is achieved by rotation about an X axis and the lateral adjustment by rotation about a Y axis. The output signals the adjustment circuits 44 and 45 determine these rotations as a function of the offset values SX and SY of the target.
Dadurch, daß eine spektrale Filterung periodisch wiederholt wird, gelingt es bei einer erfindungsgemäßen Ortungsvorrichtung, die Störstrahlung der Umgebung weitgehend zu unterdrücken, wodurch ein besseres Funktionieren der Ortungsvorrichtung gewährleistet ist. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für opto-elektronische Ortungssysteme zur Bestimmung der Winkel- oder der Ablagekoordinaten eines leuchtenden Zieles.Because a spectral filtering is repeated periodically, it is possible with a locating device according to the invention that To suppress interference radiation of the environment largely, whereby a better functioning of the locating device is guaranteed. In particular, the device according to the invention is suitable for opto-electronic location systems for determining the angle or the storage coordinates of a luminous target.
909842/0645909842/0645
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